Читая каменную летопись Земли...

Все вышесказанное подтверждает предположение, что на полюсах действительно могли существовать в рудиментарном виде ледовые шапки, сохранившиеся с периодов господства ледового климата. Хотя палеогеографические и палеоклиматические данные и подтверждают наличие связи между изменениями параметров земной орбиты (наклон земной оси, прецессия и др.), носящими цикличный характер, и определенными трансформациями климата, также цикличными, но основные долговременные тенденции контролировались другими факторами. Прецессионные циклы записаны, например, в глубоководных осадках Южной Атлантики позднемелового-раннетретичного возраста [Herbert, D'Hondt, 1990]. В этом разрезе с тонким переслаиванием мергелей и известняков хорошо проявлена повторяемость, отражающая интервалы времени продолжительностью 23,5±4,4 тыс. лет. Другие циклы, обусловленные изменениями угла наклона земной орбиты и эксцентриситета, имеют длительность соответственно 41 тыс. лет и примерно 127 тыс. лет. Периодичности разного типа определялись в геологическом прошлом скоростью вращения Земли и расстоянием между Луной и нашей планетой. Впрочем, эксцентриситет зависит только от параметров земной орбиты. Не радикальные изменения климата, носившие в основном плавный и не драматичный характер, влияли на продуктивность карбонатстроящего фитопланктона, обитавшего в поверхностных водах Южной Атлантики. По колебаниям величины биологической продуктивности (о чем можно судить по содержанию карбоната кальция в донных осадках) можно определить характер и длительность тех циклов, которые были обусловлены изменениями параметров земной орбиты.

Вместе с тем, согласно последним данным, здесь еще далеко не все ясно. Об этом, в частности, говорят результаты исследования изотопного состава натечных карбонатных корок из пещеры Дьявола в штате Невада (в США), формировавшихся на стенках этой пещеры в течение последних тысячелетий. Изучение слоев корок с возрастом 200-50 тыс. лет позволило проследить колебания температуры в пещере на протяжении значительного промежутка времени. Кривая колебаний температуры, построенная по изотопным данным, значительно отличается от аналогичной кривой, которая была выведена по результатам исследования изотопного состава карбонатов в морских осадках того же возраста. Отсюда можно заключить, что изменения параметров земной орбиты не влияли на наступление ледниковых эпох. Согласно кривой, построенной по морским осадкам, одно из оледенений в плейстоцене завершилось 130–127 тыс. лет назад, когда северного полушария стало достигать максимальное количество солнечных лучей благодаря изменению угла наклона земной оси. Результаты же исследования в пещере Дьявола говорят о том, что потепление наступило на 17 тыс. лет раньше [Monastersky, 1988].

Геологические и биологические регуляторы климата

Как известно, состав земной атмосферы в докембрии изменился с появлением и развитием жизни на планете. Первые простейшие микроорганизмы «выели» метан и другие углеводороды, а их потомки, освоившие фотосинтез, — огромные количества углекислого газа, господствовавшего в первичной атмосфере. В ее составе стал преобладать азот при постепенно повышавшемся содержании кислорода. Очевидно, что уже на заре развития биосферы живые организмы оказывали решающее воздействие на состав воздушной среды и газовую составляющую океанов, а через эти параметры и на климат всей планеты. Несомненно, что позднее, когда жизнь распространилась на континенты, освоила центральные районы океана и его дно, ее способность влиять на климат Земли еще более усилилась. Механизм этого влияния реализуется, по-видимому, через усиление или ослабление парникового эффекта.

Действительно, стоило увеличиться концентрации углекислого газа в атмосфере всего лишь на 25 %, а это произошло за последние 30 лет, как среднегодовая температура в умеренных широтах сразу же стала повышаться. Известно, что из 10 самых теплых зим, наблюдавшихся в нашем столетии в северном полушарии, восемь пришлись на 80-е годы, когда содержание углекислого газа в воздухе достигло 0,035 % против 0,028 % в середине века. Что же произойдет, если концентрация этого газа удвоится, т. е. достигнет 0,07 %? Ученые утверждают, что это вызовет катастрофические для человечества последствия. Среднегодовая температура возрастет в экваториальном поясе на 1,5 °C, а в высоких и умеренных широтах на 3–4 °C. Льды Антарктиды и Гренландии начнут быстро таять, что будет сопровождаться повышением уровня океана и морей. Огромные массивы суши окажутся затопленными. Произойдет то, что неоднократно наблюдалось как в плейстоцене, так и на протяжении всей геологической истории Земли, т. е. трансгрессия моря.

Следовательно, наличие или отсутствие парникового эффекта является важнейшим фактором, определяющим климат планеты. Очевидно, что количественные флуктуации в составе атмосферы, вызывающие серьезные последствия, весьма невелики. Двести лет промышленной революции, за которые было сожжено, по-видимому, около биллиона тонн ископаемого топлива, привели к усилению парникового эффекта, что, в свою очередь, обусловило заметное потепление климата. Всего 200 лет. Несомненно, что и в прошлом мог действовать механизм, связанный уже не с антропогенным воздействием, а с жизнедеятельностью организмов. Основными участниками процессов, контролирующих баланс кислорода и углекислого газа в атмосфере, в последние 400–300 млн лет остаются фитопланктон, обитающий в верхнем, фотическом слое океанских вод, бентос и высшая наземная растительность. Немаловажное значение имеет и направленность седиментационных процессов.

Напомним, что большинство морских организмов строят раковины или другие скелетные компоненты из карбоната кальция. Некоторые же представители фитопланктона используют кремнезем. После гибели организмов органическое вещество — слагаемое живых клеток — в большинстве седиментационных обстановок разлагается. В осадках фоссилизируется не более 0,2–0,4 % С_орг, участвующего в круговороте. Накопление значительного количества органического вещества происходит в болотных и озерных водоемах на суше, а также в полузамкнутых морских бассейнах с застойным гидрологическим режимом. В океанах такими зонами являются континентальные склоны, особенно в областях устойчивого подъема глубинных вод, и в меньшей степени приливно-отливные равнины или лагуны. Если органическое вещество, за исключением малой его части, не переходит в ископаемое состояние, то большая часть скелетных остатков достигает дна, формирует здесь осадки и таким образом выводится из круговорота веществ. Правда, в глубоководных океанских котловинах существует критическая глубина карбонатонакопления. Ниже ее карбонатные остатки, в основном раковинки фитопланктона, не проникают, растворяясь полностью. В современную эпоху эта глубина равна около 4500 м. Зато на континентальных окраинах, где накапливается до 80 % всех осадков океана, основная масса скелетных карбонатных остатков, в том числе рифы и другие постройки, не разрушается, образуя мощные осадочные толщи. Вместе с ними связываются и выводятся из оборота огромные количества кальция и углекислого газа, растворенных в морской воде.

Оптимальные условия для развития карбонатстроящих организмов существуют в низких и субтропических, отчасти в умеренных широтах, т. е. в теплых водах. Поэтому в эпохи глобального потепления климата ареалы распространения организмов с карбонатной функцией резко расширяются, захватывая умеренные, а иногда и высокие широты. Потепление, как известно, сопряжено с таянием ледников и повышением уровня океанских вод, нередко значительным. Это, в свою очередь, влечет за собой сокращение площади суши и расширение морского мелководья, которое в условиях некоторого снижения терригенного сноса с суши заселяется преимущественно карбонатстроящими организмами. Повышение уровня вод способствует быстрому росту рифов.

Теплый и влажный климат благоприятствует буйному развитию высшей растительности на суше, что при условии захоронения древесных остатков усиливает изъятие углекислого газа при одновременном обогащении воздушной среды кислородом. С течением времени описываемая последовательность событий неизбежно реализуется в сокращении концентрации углекислого газа в воздухе, а в конечном итоге и в снятии парникового эффекта. Результатом происшедшего сдвига становится постепенное похолодание климата, так как значительная часть солнечного тепла, достигающего верхних слоев атмосферы, начинает рассеиваться в космосе. Ледовый панцирь на полюсах постепенно разрастается, начинается оледенение, захватывающее умеренные широты. Вместе с тем происходит расширение области распространения холодных вод в океане, усиливается активность придонных течений, несущих кислород, и апвеллинговых процессов.